电气绝缘测试在高压直流输电技术中工程应用的课程教学改革方案探讨

针对新工科培养体系下电气工程人才需求,对研究生专业理论课程和工程实践相融合的教学方法进行深入探索,提出两者融合的教改措施。以电气绝缘测试技术研究生课程为例,结合目前国家重大战略“西电东送”的高压直流输电工程案例,详细探讨强电课程教学、工程电力装备以及电气理论实践结合的新一代教学方法。对研究生的课程教学与改革具有重要意义,对于电气研究生课程学习和未来的企业工作实践具有很好的指导意义。

船舶电子电气工程专业实践教学改革探索

针对船舶电子电气工程专业当前实践教学中存在的问题,提出大力开展实践教学管理机制建设、大力开展实践教学课程体系建设,以及大力开展实践教学实习基地建设等一系列专业实践教学的改革措施,实践证明,船舶电子电气工程专业实践教学改革成效显著。

船舶电子电气工程专业创新能力的培养

以入选教育部卓越工程师计划的船舶电子电气工程专业学生创新能力培养为例,对培养船舶电子电气工程专业学生工程创新意识、工程创新思维、工程创新能力等三个方面进行了讨论,以期为高校教学改革提供有益参考。

新工科背景下船舶电子电气工程专业实践教学的探索

为实现实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才培养的目标,文章以大连海事大学船舶电子电气工程专业的实践培养体系为例,结合新工科建设和智能船舶的发展,参考航海类院校在实践能力培养方面的改进方案,对船舶电子电气工程(卓越工程师)专业的船舶实践教学环节进行了设计,以加强学生实践和创新能力的培养。

基于抗饱和导引动态面的工程船舶锚泊定位控制

在考虑工程船舶锚泊系统输入受限情况下,提出一种基于位置导引的抗饱和动态面控制器以实现工程船舶锚泊定位的安全及精度要求。通过引入位置导引函数限制锚缆张力变化率,同时采用动态辅助系统对系统输入饱和进行补偿,实现工程船舶快速精准定位。仿真结果表明,该抗饱和导引动态面控制器能够有效解决锚泊系统输入受限的问题,进而提高系统安全性和有效性。

船舶动力定位非线性模型预测控制

针对受船舶运动状态和推力饱和约束影响的动力定位控制问题,本文提出了一种非线性模型预测控制方法。依据多面体描述理论建立了船舶动力定位多面体描述偏差模型,针对上述模型采用线性矩阵不等式设计非线性模型预测控制器中的终端要素,并证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明:设计的控制器能在满足约束条件和受环境干扰条件下快速控制船舶稳定在计划航向和计划船位,验证了控制器的有效性和本质鲁棒性。

海上无人机对运动船舶的长期检测跟踪算法

针对无人机在海上对船舶进行长时跟踪时,由于船身被遮挡及船舶离开视野导致目标跟踪失败的问题,提出了基于YOLOv5和ECO_HC相结合的海上目标长时检测跟踪算法。首先,利用感知哈希与峰值比例综合评估跟踪过程的可靠性,目标丢失时利用YOLOv5检测器重新定位目标位置,并初始化跟踪器模型,消除累计错误信息。其次针对目标在跟踪过程中存在的旋转变化,利用傅里叶-梅林变换进行旋转参数估计,减少了目标旋转造成的跟踪器性能下降问题。本文算法在OTB-100数据集上的平均精确度和成功率为83.9%和76.7%;在无人机平台上进行实际海上场景船舶跟踪实验,在完全遮挡及离开视野两种情况下精确度和成功率分别为为80.9%,60.4%和90.2%,48.3%,实验表明本文算法可以有效抑制常见海面干扰因素的影响。

船舶电气系统保护单元可靠性预计的修正方法

针对船舶电气系统保护单元的特点,提出对船舶电气系统保护单元进行可靠性预计研究,采用元器件的误动失效率代替元器件的通用失效率,即采用误动系数法修正传统元器件计数法的通用数学模型,提高系统可靠性预计的可信度。以船舶电站欠压保护单元的可靠性预计研究作为算例,计算出两种该欠压保护单元失效率的预计结果。研究结果表明:采用误动系数法,保护单元失效率仅为传统方法失效率预计结果的27.5%,基于误动系数法的保护单元可靠性预计是对传统元器件计数法的合理修正,对深入研究船舶电气系统可靠性建模工作提供更加有力的支撑。

工程认证背景下电气专业英语的教学改革

本文对标工程教育认证的毕业要求,针对目前国内高校专业英语教学中普遍存在的一些问题,以电气专业英语课程为例,基于“以学生为本”的原则,在教学内容、师资选拔、课堂教学模式、考核方式等方面进行了教学改革探索,以提升学生的专业英语综合实践应用能力,促进其国际化人才培养质量的提高。多年教学实践表明,学生学习专业英语的积极性与主动性得以充分调动,教学质量得到提升。

基于语义分割的船舶机舱初期火灾识别算法

为了解决经典语义分割模型对船舶机舱初期火灾中小火焰及稀薄烟雾检测能力有限的问题,提出一种改进DeepLabv3+模型算法,通过重新设计DeepLabv3+模型的解码网络,采用上采样倍数为2的近端插值逐步上采样结构,在编码网络采用更大的卷积核以增大模型感受野,并在损失函数上,提出一种新的幂次方损失函数,实验结果表明,改进后的DeepLabv3+模型与原始模型相比,mIoU总体提升了6.26%,并且可进一步提升模型对火灾初期中小火焰及稀薄烟雾的识别性能。

船舶管路系统泄漏检测方法研究现状

近年来,船舶智能技术一直是船舶行业关注的热点。《交通强国建设纲要》中指出“加强新型载运工具研发,强化智能船舶、新能源船舶等自主设计建造能力,广泛应用于智能航运、自动化码头等新型装备设施”。作为船舶智能化的重要领域,智能机舱的可靠性是决定智能船舶进行长途海上安全航行的关键,因此,必须对机舱内部管路状态进行合适的监控,确保在发生破损故障时能够及时发现和评估该故障对船舶整体的影响。

船舶电力拖动系统线上线下混合课程建设研究与实践

船舶电力拖动系统是船舶电子电气工程专业主干特色课程,面对传统课程教学方式过于陈旧、教学内容缺乏思政内容引导和过程性考核不足等问题,借助中国大学慕课线上教学平台和虚拟仿真实验教学平台,开展船舶电力拖动系统线上线下混合课程建设研究与实践。采用以学生为中心、项目导向的线上线下多维互动课程教学模式,以学生学习能力考核为目标,实施具有过程性考核的多形式、多层次、多阶段的课程考核。教学成效表明,混合教学模式有助于学生提升学习的积极性、主动性和创造性,充分发挥传统课堂教育与网络教学的优势,达成两种教学模式的协同互补,有效提升专业课程的教学质量。

基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制

针对考虑外部海洋环境扰动和内部模型不确定性的多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV),研究其在通信资源受限和机载能量受限下的协同路径跟踪控制问题.首先,针对水声通信信道窄造成的通信资源受限问题,设计一种基于事件触发机制(Event-triggered mechanism,ETM)的协同通信策略;然后,针对模型不确定性和海洋环境扰动问题,设计一种基于事件触发机制的线性扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)来逼近水下航行器的未知动力学,并降低了系统采样次数;最后,针对机载能量受限问题,设计一种基于事件触发机制的动力学控制律,在保证控制精度的前提下,降低了执行机构的动作频次,从而节省了能量消耗.应用级联系统稳定性分析方法,分别验证了闭环系统是输入状态稳定的且系统不存在Zeno行为.仿真结果验证了所提基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制方法的有效性.

未知扰动下的无人艇编队优化轨迹跟踪控制

[目的]针对水面无人艇(USV)编队轨迹跟踪中存在的未知扰动和队形变化问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的最优反步控制(FDO-OBC)方法。[方法]首先,基于虚拟结构法,建立无人艇编队控制框架,并设计运动学和动力学编队控制器;其次,设计有限时间扰动观测器,实时估计补偿未知环境扰动;然后,针对编队队形变化的轨迹跟踪问题,提出基于最优反步控制的动态轨迹优化策略,利用扰动观测器信息来计算最优控制输入,实现无人艇编队轨迹跟踪的动态优化;最后,采用李雅普诺夫稳定性理论证明该编队控制方法的稳定性。[结果]仿真对比结果表明,FDO-OBC策略可有效提高无人艇编队系统的精确性和鲁棒性。[结论]对于面向扰动环境下的无人艇编队控制系统设计,FDO-OBC方法提供了一种新的技术手段。

多特征融合的无人艇视觉目标长时相关鲁棒跟踪

[目的]针对显著海浪遮挡、相机剧烈晃动引起的无人艇视觉目标跟踪脱靶问题,提出一种基于多特征融合的长时相关鲁棒跟踪算法。[方法]首先,采用多特征融合技术,增强目标特征表达,提高目标模型鲁棒性;其次,利用高维特征降维和响应图子网格插值,提高目标跟踪的效率与精度;然后,设计水面目标重识别机制,解决目标完全脱离视野时的稳定跟踪问题;最后,采用多个代表性视频数据集进行验证和比较分析。[结果]实验结果表明,相较于传统的长时相关跟踪算法,平均成功率提升15.7%,平均距离精度指标提升30.3%,F-Score指标提升7.0%。[结论]所提算法能够处理恶劣海况下的目标脱靶问题,对于提升无人船艇及海洋机器人智能感知能力,具有重要技术支撑意义。

多特征融合的无人艇视觉小目标鲁棒跟踪

[目的]针对低特征分辨率、相似环境信息引起的无人艇视觉小目标跟踪混淆问题,提出一种多特征融合的连续卷积算子跟踪算法。[方法]首先,采用双三次插值技术,提高多特征图分辨率,实现亚像素级定位;其次,利用特征投影和生成样本空间,提高目标跟踪的效率,避免滤波器过拟合;最后,设计高置信度模型更新策略,解决相似环境信息对滤波器的干扰问题。[结果]结果表明:相较于传统的连续卷积算子跟踪算法,平均成功率提升17.4%,平均距离精度指标提升17.8%,期望平均覆盖率提升5.1%。[结论]该算法法能够处理海洋环境下的小目标跟踪混淆问题,为提升无人艇及海洋机器人的智能感知能力,提供关键技术支撑。

面向港口环境精细感知的无人船多传感器融合SLAM系统

针对港口环境高精度感知需求,综合考虑影响同时定位与建图(SLAM)精度的港口环境因素,提出基于多传感器融合的激光SLAM环境感知方案。通过分析多种传感器对港口SLAM环境感知的影响,引入惯性测量传感器弥补激光SLAM输出频率低和剧烈运动位姿估计不准确等缺陷,采用卫星定位系统信息进行高程数据约束,处理船舶运动特性导致的垂荡累计漂移。从应用需求出发,对传感器进行选型和布置优化,搭建基于无人船的港口环境多传感器融合SLAM系统。结果表明,提出的港口环境高精度点云地图获取方案能在典型港口场景下准确实时建图,为水面精细SLAM提供技术支持。

基于改进型转矩分配函数的开关磁阻电机转矩与峰值电流优化研究

开关磁阻电机(SRM)使用传统的转矩分配函数控制时由于转矩分配函数的开关角度恒定,使其在换相阶段出现较为明显的转矩脉动和较高的峰值电流现象。针对这一现象,提出实时调节开关角度的指数型转矩分配函数的控制方法来降低转矩脉动与相峰值电流。与传统的转矩分配控制进行比较分析,所提算法能够在不同电机转速下抑制转矩脉动和降低SRM定子绕组换相峰值电流,在中低速情况下,实时优化转矩分配函数开关角与重叠角,提高了SRM的运行效率。以一台2.2 kW的12/8开关磁阻电机作为控制对象,建立控制系统仿真模型,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。

基于参数辨识的永磁辅助同步磁阻电机电流无差拍控制

针对永磁辅助同步磁阻电机电感参数失配引起传统无差拍预测电流控制器受扰动的问题,该文提出一种电感参数自适应的无差拍预测电流控制方案。所提算法利用模型参考自适应系统对电感参数进行在线辨识,并将辨识结果代替控制器中的原始电感模型参数,以确保控制器的模型参数和电机实际参数相匹配,进而增强无差拍预测电流控制系统的鲁棒性。根据永磁辅助同步磁阻的数学模型,对电机本体进行了建模,以实现对所提算法的仿真验证。最后在以TMS320F28335控制器为核心的实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,当电机参数与模型参数不匹配时,所提算法相较于传统的无差拍预测电流控制算法在电流波动峰峰值、电流跟踪静差及系统鲁棒性方面都有明显的改善。

面向海底管道巡检的AUV三维自适应路径跟踪

针对面向海底管道巡检任务的欠驱动自主水下航行器(AUV)三维路径跟踪控制问题进行研究。首先,在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型,为设计适宜运动控制的三维路径跟踪控制器,建立流体坐标系,并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型;其次,将可变前视距离引入传统视线(LOS)制导策略,提出一种自适应LOS制导策略以提高制导精度,并基于此设计面向海底管道巡检的AUV三维路径跟踪控制器,使得AUV可有效跟踪设定的参数化路径;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果验证了所提面向海底管道巡检的三维路径跟踪控制器的有效性。研究成果能够改善AUV的操纵性,可为面向海底管道巡检的无人水下航行器路径跟踪控制方法提供参考。